Entwicklung eines hybriden Simulationsverfahrens und Simulation von einzelnen Polyelektrolytketten sowie Suspensionen globulärer Proteine

点击翻译按钮获取中文摘要

Wir wollen die Bewegung geladener, mesoskopisch großer Teilchen (Proteine, Kolloide oder Polyelektrolyte) in wässriger Lösung studieren. Diese Teilchen tragen eine Ladung, weil sog. Gegenionen von ihrer Oberfläche abdissoziiert sind. Auf ein mesoskopisches Teilchen kommen dabei etliche hundert, ja tausend mikroskopische Gegenionen (und zusätzlich etwaige, in der Lösung vorhandene Salzionen), die bei der Simulation der großen Teilchen zu berücksichtigen sind. Damit ist bei realistischen Annahmen zur Konzentration der Elektrolytionen und der suspendierten Teilchen schnell eine Gesamtteilchenzahl erreicht, die sich auch mit modernen Rechnern kaum mehr simulieren läßt - ein typisches Problem auf dem Gebiet der weichen kondensierten Materie. Wir wollen hier eine, diesem Problem angepaßte Simulationstechnik entwickeln, wobei wir zwei Verfahren miteinander kombinieren wollen: Die kleinen Ionen der Elektrolytlösung werden in einer Kontinuumsnäherung mit Hilfe der PoissonBoltzmann Gleichung beschrieben, aus ihrer Verteilung auf die Kräfte zwischen den großen Teilchen geschlossen und damit dann deren Bewegung mit einem Molekulardynamikverfahren simuliert. Dieses hybride Molekulardynamik/Poisson-Boltzmann Simulationsprogramm nutzen wir (a) zum Studium des Aggregations- bzw. Kristallisationsverhaltens einfacher Modellproteine und (b) zur Untersuchung eines Kugel-Feder Modells für Polyelektrolyte.